ما هي تغيرات الحالة الفيزيائية الطاردة للطاقة
من تغيرات الحالة الفيزيائية الطاردة للطاقة
توجد المواد في ثلاث حالات، إما أن تكون في الحالة السائلة أو الصلبة أو الغازية.
التغيير الفيزيائي هو نوع من التغيير يتم فيه تغيير شكل المادة من حالة إلى أخرى، ولكن المادة نفسها لا تتحول إلى مادة أخرى، وقد يتغير حجم أو شكل المادة، ولكن لا يحدث تفاعل كيميائي.
تتميز التغيرات الفيزيائية بأنها قابلة للعكس، فعندما يصبح الثلج ماء، يمكن تجميده مرة أخرى وتحويله إلى حالة صلبة؛ وهذه هي واحدة من الطرق التي يمكننا استخدامها للتمييز بين التغيرات الفيزيائية والتغيرات الكيميائية، حيث يؤدي التغيير الكيميائي إلى تغيير تركيب المادة وتكوين مادة جديدة واحدة على الأقل، وتتمتع هذه المادة الجديدة بخصائص جديدة تماما عن المادة الأصلية.
ومن أمثلة التغيرات الفيزيائية:
- الغليان
- التكثيف
- الذوبان
- التجميد أو التصلب
لاحظ أن بعض المواد توجد في الحالات الثلاث المختلفة في الطبيعة تحت الظروف العادية، مثل الماء الذي يوجد على شكل بخار، سائل وجليد في الطبيعة.
تحدث التغيرات الفيزيائية في حالة المادة عادة عند إضافة طاقة أو انتزاع طاقة من المادة، وبالتالي فإن بعض التغيرات الفيزيائية تكون طاردة للطاقة، وبعضها يكون ماصًا للطاقة.
من التغيرات الفيزيائية الطاردة للطاقة:
التجمد
يحدث التجمد أو التصلب عندما ينخفض درجة حرارة السائل إلى درجة التجمد أو أقل، حيث يتحول السائل إلى مادة صلبة ويطرد الحرارة. وتتجمد جميع السوائل المعروفة باستثناء الهيليوم عندما تصل درجة الحرارة إلى مستوى كافٍ للتجمد.
يظل الهيليوم السائل سائلاً حتى عند الضغط الجوي الصفري، ولا يمكن تجميده إلا تحت ضغط أعلى من الضغط الجوي.
تتجمد معظم السوائل بما في ذلك الماء عن طريق عملية التبلور لتشكل مادة صلبة بلورية منتظمة الشكل، وبالنسبة لمعظم المواد فإنها تتجمد عند نفس درجة الانصهار.
درجة تجمد الماء تكون حوالي الصفر عندما يكون الضغط الجوي مساوياً للواحد، وهي نفس درجة تجمد الماء في الظروف العادية.
كيف يحدث التجمد
يفقد الماء الحرارة (يطرد طاقة)، وبالتالي تفقد جسيماته طاقتها الحركية وتقل سرعتها، ويصبح انزلاق الجزيئات حول بعضها البعض أقل، وعندما تفقد كمية كافية من الطاقة الحركية تصبح الروابط الهيدروجينية الموجودة بين جزيئات الماء ثابتة ومواقعها متجمدة، وبالتالي تتحول المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.
التكاثف
التكاثف هو عملية تحول الغاز أو البخار إلى سائل.
كيف يحدث التكاثف:
في عملية التكاثف، تفقد جسيمات بخار الماء كمية ثابتة من الطاقة، مما يؤدي إلى تقليل سرعتها وزيادة قدرتها على تكوين الروابط الهيدروجينية بين بعضها البعض. وتنتج هذه الروابط طاقة حرارية، مما يعني تغير حالة المادة من الحالة الغازية إلى الحالة السائلة (عكس عملية التبخر).
ومثال على عملية التكاثف : يحدث تكون الصقيع على النوافذ في الشتاء عندما تلامس سطح النافذة.
الترسب
الترسب هو عملية تحول المادة من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة مباشرة دون أن تمر بالحالة السائلة، وهو عكس عملية التسامي التي تحدث فيها تحول المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة.
يتم خلال هذه العملية تراكمالسخام على جدران المداخن مما يتسبب في تحولها من الحالة الغازية إلى الحالة الصلبة.
كيف تحدث عملية الترسب:
عندما تكون المادة في حالة الغاز، يتم تبريدها وفقدان كمية من الطاقة الحرارية، مما يؤدي إلى اقتراب الجزيئات من بعضها البعض وتحول المادة إلى الحالة الصلبة دون الحاجة إلى المرور بالحالة السائلة.
تغيرات الحالة الفيزيائية الماصة للطاقة
الانصهار
الانصهار هي عملية تغير حالة المادة من الصلبة إلى السائلة، وتُعرف الانصهار أيضًا باسم الذوبان.
كيف يحدث الانصهار
يحدث الانصهار عندما تزداد الطاقة الداخلية للمادة الصلبة، عادةً عن طريق تطبيق الحرارة أو الضغط، مما يجعل الجزيئات أقل تماسكًا.
على سبيل المثال عند وضع مكعب ثلج في كوب ماء، يتم نقل الحرارة من الجسم الساخن (الماء) إلى الجسم البارد (الثلج)، ولا يستخدم الثلج الطاقة التي يمتصها لزيادة درجة حرارته، ولكنه يتسبب في ضعف الروابط الهيدروجينية بين جزيئاته.
عندما تضعف الروابط بين جزيئات الثلج، تتحرك بعيدًا عن بعضها البعض، مما يجعل الثلج يتحول من الحالة السائلة إلى الحالة الصلبة.
تنتقل الحرارة من أي سطح درجة حرارته أعلى إلى سطح درجة حرارته أقل، ولذلك إذا تركنا مكعب الثلج في الهواء، سينتقل الحرارة من الهواء إلى الثلج.
تُعرف درجة الحرارة التي تنكسر فيها القوى التي تربط جسيمات الشبكة البلورية بعضها ببعض، مما يؤدي إلى تحول المادة إلى الحالة السائلة، باسم `درجة انصهار المادة الصلبة المتبلورة`
ملاحظة: يصعب تحديد درجة انصهار المواد الصلبة غير المتبلورة بشكل دقيق، والسبب في ذلك أنها تنصهر عادة عند درجة حرارة عادية لأن تركيبها عشوائي.
التبخر
يشير التبخر إلى التحول الفيزيائي الذي يحدث عند تحويل المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية أو البخار، ويعتبر التبخر جزءا هاما من دورة الماء في الطبيعة.
كيف يحدث التبخر
يحدث عملية التبخر عندما تمتص السوائل كمية من الطاقة الحرارية، على سبيل المثال عندما يتم تسخين الماء، تحصل جزيئاته على طاقة حرارية أعلى مما يؤدي إلى انبعاث بخار الماء.
التبخر السطحي
تتميز جزيئات سطح الماء بعدد أقل من الجزيئات الموجودة بالداخل، حيث تكون الجزيئات الداخلية مترابطة ببعضها البعض من جميع الاتجاهات، وبالتالي يتحول السائل السطحي إلى بخار حتى عند درجات الحرارة المنخفضة.
التبخر في وعاء مغلق مختلف عن التبخر في وعاء مفتوح
هناك اختلاف في عملية التبخر بين التبخر في الأوعية المغلقة والأوعية المفتوحة، وفي الوعاء المفتوح يتم إخراج جزيئات الماء المتبخرة، أما في الوعاء المغلق فتتجمع الجزيئات المتطايرة فوق سطح السائل ثم تتكثف وتعود مرة أخرىللماء.
ضغط البخار
عندما يتم تبخير المادة في وعاء مغلق، تتصادم جزيئات المادة المتطايرة بجدران الوعاء، وعندما تتراكم كمية كبيرة من الجزيئات، تتسبب في زيادة الضغط على جدران الوعاء وعلى سطح السائل، وتسمى هذه القوة بضغط البخار.